Organische Synthese nach dem Baukastenprinzip

• Antragsteller: Dr. Daniel Pflästerer
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278773472

Der Aufbau von Molekülen mit kontrollierter Form und Funktionalität ist von enormer Wichtigkeit für viele wissenschaftliche Disziplinen von der Medizin bis hin zur Entwicklung neuer Materialien. Wie aus der industriellen Produktion bekannt sind modulare Prozesse in der Regel sehr effizient und flexibel. Deshalb werden in der Natur die meisten Moleküle aus einer begrenzten Anzahl kleiner Moleküle (sogenannter Bausteine) wie an einem Fließband zusammengesetzt, wodurch eine schier unglaubliche Anzahl verschiedenster Naturstoffe aufgebaut wird. Hierzu werden zwei Bausteine nach geeigneter Voraktivierung durch Bildung einer chemischen Bindung verbunden. In der Natur erfolgt diese Bindungsknüpfung sequenziell und mit sehr hoher Präzision. Für die bekanntesten Fälle (DNS/RNS/Proteine) gelang es bereits das Baukastenprinzip der Natur zu kopieren, was signifikante Fortschritte in Naturwissenschaft und Technik zur Folge hatte. Während das Verknüpfen von Aminosäuren (Proteinen) und Nukleotiden (DNS/RNS) relativ einfach möglich ist, ist der kontrollierte Aufbau von Kohlenstoffketten, der zentralen Aufgabe der organischen Synthese, deutlich anspruchsvoller. Deshalb bleibt die Synthese komplexer organischer Moleküle bis heute ein Fall für Spezialisten, da oft für jedes einzelne Molekül eine neue Syntheseroute entwickelt werden muss. Das Ziel des Forschungsprojekts ist es eine Strategie zu entwickeln, die es ermöglicht das Baukastenprinzip in der Synthese hochkomplexer organischer Moleküle, der Polyketide, einzusetzen. Polyketide sind eine sehr große und vielfältige Naturstoffklasse mit zahlreichen biologischen Aktivitäten, die in vielen Medikamenten und Agrarchemikalien (Antibiotika, Fungizide, Insektizide, etc.) Anwendung finden. Diese Molekülklasse durch ein Baukastenprinzip herzustellen ist sehr erstrebenswert, da deren Synthese hierdurch stark vereinfacht werden könnte ( hohe Effizienz). Durch den Einsatz eines Standardsets an Bausteinen könnten die meisten Polyketide auch von weniger spezialisierten Wissenschaftlern hergestellt werden. Mit dieser modularen Herangehensweise wäre es viel einfacher Moleküle gezielt zu verändern um Struktur-Wirkungsbeziehungen zu untersuchen (hohe Flexibilität). Dies soll letztendlich die Entwicklung von Molekülen mit verbesserten Eigenschaften erlauben. Nach Auswahl einer geeigneten chemischen Aktivierungsmethode werden passende Bausteine entsprechend gestaltet. Der Satz der Bausteine enthält terminale Einheiten, die über einen Henkel verknüpft werden können, und bifunktionale, die zwei Henkel besitzen. Anschließend werden die entworfenen Bausteine in effizienter und reproduzierbarer Weise hergestellt und schließlich für die hocheffiziente Synthese zweier Antibiotika aus der Polyketidfamilie eingesetzt. Das Baukastenprinzip soll es deutlich mehr Wissenschaftlern ermöglichen organische Moleküle effizient aufzubauen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Varinder Kumar Aggarwal, Ph.D.